Le VLT (Very Large Telescope) de l`ESO

L’astronomie est une science accessible et vi-
suelle, faisant d’elle un outil pédagogique idéal
pour l’éducation. Au cours des dernières années,
le télescope spatial Hubble (projet international
mené en coopération par la NASA1 et l’ESA2)
ainsi que les télescopes terrestres de l’ESO3 (si-
tués à La Silla et à Paranal au Chili) nous ont
présenté des vues nouvelles et toujours plus
spectaculaires de l’Univers. Ces instruments
n’ont pas simplement fourni des images éton-
nantes, ils sont aussi devenus d’inestimables
outils pour les astronomes. Grâce à leur excel-
lente résolution spatiale/angulaire (finesse de
l’image), ils permettent de voir plus loin que ja-
mais dans l’univers et de répondre à des ques-
tions restées jusque-là non élucidées.
Si l’analyse de ces observations est souvent très
sophistiquée, il arrive que son principe soit suf-
fisamment élémentaire pour que de jeunes étu-
diants de niveau secondaire puissent en faire
une exploitation simple.
C’est dans cette optique que l’ESA (Agence Spa-
tiale Européenne) qui dispose de 15% du temps
d’observation sur Hubble et l’ESO (Observatoire
Austral Européen) ont élaboré conjointement
cette série d’exercices.
L’objectif de cette série est de présenter quel-
ques projets relativement courts, selectionnés
pour l’engouement et la découverte scientifique
qu’ils suscitent : en utilisant des notions sim-
ples de Géométrie et de Physique, les élèves
pourront retrouver par eux-mêmes des résultats
scientifiques obtenus avec des méthodes d’ana-
lyse plus précises décrites dans la littérature
scientifique.
Dans cette introduction générale, et pour clari-
fier le type d’observations présentées plus loin,
nous donnerons un aperçu des intérêts de Hub-
ble et des télescopes de l’ESO, ainsi qu’un bref
descriptif de leur composition, de leur instru-
mentation et de leur mode d’opération.
La série d’exercices était à l’origine proposée
seulement en anglais, langue communément em-
ployée dans le milieu scientifique. Pour l’utiliser
dans un contexte interdisciplinaire, qui renforce
la motivation et la connaissance des élèves,
vous pouvez la télécharger sur le site http://
www.astroex.org. Dans un esprit d’ouverture,
l’ESA a aussi édité la série dans d’autres langues.
Toutefois, les sigles — tous pensés en anglais
— deviennent souvent illogiques après traduc-
tion : nous avons donc décidé de les expliciter
en anglais et de décrire sommairement leur si-
gnification en français.
Tous les exercices suivent le même schéma : un
texte principal puis une série de questions, de
mesures et de calculs. Ils peuvent être utilisés
soit pour étayer un cours classique, soit en tant
que projets à part entière, pour un travail en
petits groupes.
Les exercices sont indépendants les uns des
autres et une sélection pourra être effectuée
suivant le temps disponible. Nous recomman-
dons toutefois l’étude du livret ‘Outils’ avant la
réalisation des exercices, à moins que les élèves
ne soient déjà familiers avec les notions qui y
sont présentées.
1National Aeronautics and Space Administration
2European Space Agency
3European Southern Observatory
Introduction
1
Les Exos d’Astro de l’ESA/ESO

Figure 1 : Absorption due à l’atmosphère terrestre
Les objets astronomiques émettent de la lumière dans un large spectre, mais seules certaines gammes de longueurs d’ondes
peuvent traverser l’atmopshère terrestre. Les autres sont absorbées et diffusées par celle-ci. Le schéma montre la transparence
de l’atmosphère en fonction de la longueur d’onde. On s’aperçoit que les ultraviolets sont presque totalement absorbés, ainsi
qu’une grande partie de l’infrarouge.
Hubble fut déployé de la navette spatiale “Dis-
covery” le 26 avril 1990. Soixante-sept ans plus
tôt, l’allemand Hermann Oberth, spécialiste des
fusées et précurseur de l’astronautique, annon-
çait déjà les avantages potentiels de l’observa-
tion hors atmosphère terrestre.
La première proposition sérieuse concernant un
grand observatoire spatial remonte au début des
années 60 et fut proposée à la NASA. Après les
études de faisabilité, un programme commun
NASA/ESA vit le jour en 1977. Malgré le respect
que l’on doit à la résolution de Hubble — loin
devant celle des télescopes terrestres — il ne
s’agit pas à proprement parler d’un grand téles-
cope, son miroir primaire ne mesurant que 2,4 m
de diamètre.
Les images prises par les télescopes terrestres
sont toutes affectées par des distorsions dues
au passage de la lumière à travers les couches
turbulentes de l’atmosphère terrestre. Présente
même dans les grands instruments, cette inévi-
table dégradation de l’image limite considéra-
blement la résolution des télescopes terrestres à
environ une demi-seconde d’arc (1” = 1/3600°).
En revanche, dans l’espace, la lumière se pro-
page librement (les étoiles ne scintillent qu’à
cause de l’atmosphère) et la performance d’un
télescope n’y est limitée que par la précision de
l’optique et du pointage vers l’objet stellaire
photographié. Ainsi, les photos prises par Hub-
ble sont cinq fois plus detaillées que celles pri-
ses du sol. La résolution au niveau du sol est en
gros équivalente à celle nécessaire pour lire les
gros titres d’un journal à un kilomètre, mais grâ-
ce à Hubble, il est aussi possible d’en lire le tex-
te !
L’intérêt principal d’Hubble réside dans cette
amélioration considérable des images. Hubble
permet non seulement aux astronomes d’étudier
des objets familiers avec plus d’acuité, il permet
aussi la détection et l’étude d’objets trop faibles
pour un télescope terrestre. En ce sens, Hubble
a augmenté le volume d’espace observable.
Le télescope spatial est en outre capable de col-
lecter de la lumière dans un domaine de lon-
gueurs d’onde bien plus large que les instru-
ments au sol, limités par l’atmosphère qui filtre
certaines longueurs d’ondes (cf. Fig. 1).
En effet, Hubble est non seulement capable de
discerner des objets dans le domaine visible,
mais aussi dans l’ultraviolet et l’infrarouge. La
région de l’ultraviolet est d’une importance ca-
pitale pour les astronomes puisqu’elle contient
la plupart des “transitions atomiques” des prin-
cipaux éléments présents dans l’espace. Chaque
élément possède sa propre signature spectrale
puisqu’il absorbe et émet de la lumière à des
longueurs d’onde bien précises. En reconnais-
sant les différentes signatures qui composent le
spectre d’un objet céleste, on peut alors déter-
niner sa composition chimique, sa température
et ses propriétés physiques.
2
Le télescope spatial Hubble
Le télescope spatial Hubble